JPH11281322A

JPH11281322A - 三次元形状計測装置

Info

Publication number: JPH11281322A
Application number: JP10100443A
Authority: JP
Inventors: Naoya Murota; 直哉室田
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 1999-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】高速かつ精度良く三次元形状の計測を行うこ
と。【解決手段】本発明の三次元形状計測装置は、空間コ
ード化パターン信号１６に基づいて複数のスリット光３
３’を照射するスリット光照射手段１と、スリット光３
３’が照射された測定対象物を撮像するＣＣＤカメラ１
１と、スリット光投影画像に基づいて空間コード化画像
を生成すると共に当該空間コード化画像に基づいて測定
対象物の座標を算出する画像処理プロセッサ５１とを備
えている。スリット光照射手段１は、ＣＣＤカメラ１１
から出力されるフィールド識別信号１４に同期させて空
間コード化パターン信号１６を発生させるとともに、最
小分解能の半ピッチだけずらした空間コード化パターン
信号１６を発生させ、これらの空間コード化パターン信
号１６に従ってスリット光３３’を点滅させながら測定
対象物上で走査する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元形状測定装
置に係り、特に、レーザー光の走査により非接触で三次
元形状の計測を行う三次元形状計測装置に関する。

【０００２】このような三次元形状計測装置は、製品の
検査を自動化するために開発された手法であり、製品の
立体形状検査、寸法測定、組み立て用位置決めなどの一
般にロボット・ビジョンと呼ばれる分野で用いられる。
さらに、四輪や二輪などのクレイモデルの形状をＣＡＤ
に入力するための装置への応用も考えられる。

【０００３】

【従来の技術】従来、非接触での三次元計測方法には様
々な方法があり、一長一短があった。例えば、レーザ・
スリット光と、ＣＣＤカメラを用いた光切断法による三
次元計測方法では、スキャナ、ミラー、半導体レーザな
どコンパクトな部品で構成できるという長所がある。こ
れは、図１１に示すように、Ｎ本のスリットを有するス
リット画像を得るために、Ｎ回撮像を繰り返している。

【０００４】一方、図１１に示す時系列空間コード化法
では、位相、ピッチの異なるいくつかのストライプ・パ
ターンを投影して空間をコード化するため、２５６本に
空間をコード化する場合、log₂２５６＝８枚の画像を取
り込むだけですみ、実時間並列処理を行えば０．５秒程
度で計測できるという長所がある（例えば、「三次元画
像計測，井口征士，佐藤宏介，１９９２，昭晃堂」）。

【０００５】また、時系列空間コード化法では、ＣＣＤ
カメラ等の有限の画素数を持つ撮像デバイスを用いるの
で、ＣＣＤカメラの分解能に対するナイキスト周波数に
よって、測定分解能が制限される。そこで、空間コード
化パターンを液晶ストライプのマスクで形成するもので
は、スプリング及び電磁石等の機械要素によって、空間
コード化パターンの最小分解能を半ピッチずらすことに
よって、精度を二倍に向上させている。この方法によれ
ば、空間コード化パターンのスリット幅を細かくするこ
となく、精度を向上できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例による時系列空間コード化法では、複数のストライ
プパターンを発生させるためのマスクとして、特殊な液
晶シャッターが必要であり、高速化に限界があった。さ
らに、この従来例では、ハロゲンランプやレンズ系を用
いるため装置全体をコンパクトにできず、また、発熱量
が大きい、という不都合があった。

【０００７】一方、時系列空間コード化法は、図１２に
示すように、１本のスリット光で空間をコード化するた
め、Ｎ本のスリット画像を得るためにはＮ回の画像入力
・処理が必要である、という不都合があった。しかも、
すべての処理を実時間で処理する専用のハードウェアを
用いても、実用になる２５６本程度のスリット画像を得
るには８秒程度の長い計測時間が必要であった。

【０００８】また、機械的要素を用いて、空間コード化
パターンの最小分解能を半ピッチずらす方法では、次の
ような問題があった。．位置決め精度が悪いため、半
ピッチ分を正確にずらすことが困難である。．半ピッ
チ分をずらすのに、時間がかかる。．装置全体が大型
化する。

【０００９】このように、従来例では、精度良くかつ高
速に三次元形状の計測を行うことが、できない、という
不都合があった。

【００１０】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、特に、時系列空間コード化を小型、軽量に実
現し、さらに、均一な光度分布を持ったスリット光によ
り高速かつ精度良く三次元形状の計測を行うことのでき
る三次元形状の計測装置を提供することを、その目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、空
間コード化パターンに基づいて複数のスリット光を照射
するスリット光照射手段と、このスリット光照射手段に
よってスリット光が照射された測定対象物を撮像する撮
像手段と、この撮像手段で撮像されたスリット光投影画
像に基づいて当該測定対象物の座標を算出する画像処理
手段とを備えている。しかも、前記スリット光照射手段
は、前記撮像手段から出力されるフィールド識別信号に
同期させて前記空間コード化パターン信号を発生させる
とともに、最小分解能の半ピッチだけずらした前記空間
コード化パターン信号を発生させ、これらの空間コード
化パターン信号に従って前記スリット光を点滅させなが
ら測定対象物上で走査するものである。より具体的に言
えば、スリット光照射手段は、レーザ光を点滅させなが
ら出力するレーザ光源と、前記撮像手段から出力される
フィールド識別信号に同期させて前記空間コード化パタ
ーン信号を発生させる時系列空間コード化パターン発生
器と、この時系列空間コード化パターン発生器から発生
した空間コード化パターン信号に基づいて前記レーザ光
源の点滅周期を変化させるレーザドライバと、前記レー
ザ光源からのレーザ光を前記測定対象物へ向けて反射す
るミラーと、このミラーを回動することにより前記レー
ザ光を前記測定対象物上で走査するガルバノスキャナ
と、このガルバノスキャナを駆動するための三角波を前
記撮像手段から出力されるフィールド識別信号に同期さ
せて発生させる三角波発生器と、この三角波発生器で発
生した三角波を前記ガルバノスキャナへ出力するスキャ
ナドライバとを備え、前記時系列空間コード化パターン
発生器は、最小分解能の半ピッチだけずらした前記空間
コード化パターン信号を発生させる機能を併せ持つ、と
いう構成を採っている。これにより前述した目的を達成
しようとするものである。ここでいうフィールド識別信
号とは、フィールド識別信号という名称に限らず、実質
的にフィールドを識別できる信号であればよく、例えば
垂直同期信号等も含む。

【００１２】レーザ光源は、撮像タイミングと同期して
レーザ光を点滅させながら出力し、ミラーが、このレー
ザ光を前記撮像手段の露光時間内に走査する。すると、
撮像手段は、露光時間内にレーザ光の点滅の走査により
生じたスリット投影画像を撮像する。このとき、レーザ
ドライバは、空間コード化パターンに基づいて、レーザ
の点滅周期を変化させる。このように、スリット光照射
手段は、スリットの幅を順次変化させる空間コード化パ
ターンに基づいて、複数種類のスリット光を順次投影す
る。

【００１３】このスリット光の投影は、撮像手段の露光
時間内に行われる。このため、ミラーによってレーザ光
を走査することで生じさせるスリット光が、良好に撮像
される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明による一実施の形態
の構成を示すブロック図である。本実施形態では、撮像
手段としてＣＣＤカメラ１１、画像処理手段として画像
処理プロセッサ５１を用いている。本実施形態に係る三
次元形状計測装置は、図１に示すように、スリットの幅
を順次変化させる空間コード化パターンに基づいて複数
のスリット光を照射するスリット光照射手段１と、スリ
ット光照射手段１によってスリット光が照射された測定
対象物を撮像するＣＣＤカメラ１１と、ＣＣＤカメラ１
１で撮像されたスリット光投影画像に基づいて空間コー
ド化画像を生成すると共に当該空間コード化画像に基づ
いて当該測定対象物の座標を算出する画像処理プロセッ
サ５１とを備えている。

【００１５】しかも、スリット光照射手段１は、レーザ
光３３を点滅させながら出力するレーザ光源３１と、Ｃ
ＣＤカメラ１１から出力されるフィールド識別信号１４
に同期させて空間コード化パターン信号１６を発生させ
る時系列空間コード化パターン発生器４４と、時系列空
間コード化パターン発生器４４から発生した空間コード
化パターン信号１６に基づいてレーザ光源３１の点滅周
期を変化させるレーザドライバ４２と、レーザ光源３１
からのレーザ光３３を測定対象物へ向けて反射するミラ
ー２２と、ミラー２２を回動することによりレーザ光３
３を測定対象物上で走査するガルバノスキャナ４１と、
ガルバノスキャナ４１を駆動するための三角波１５をＣ
ＣＤカメラ１１から出力されるフィールド識別信号１４
に同期させて発生させる三角波発生器４３と、三角波発
生器４３で発生した三角波１５をガルバノスキャナ２１
へ出力するスキャナドライバ４１とを備えている。そし
て、時系列空間コード化パターン発生器４４は、最小分
解能の半ピッチだけずらした空間コード化パターン信号
１６を発生させる機能を併せ持つ。

【００１６】まず、スリット光照射手段１は、空間コー
ド化パターンに基づいてスリット光３３’を照射する
（スリット光照射工程）。具体的には、ＣＣＤカメラ１
１の撮像タイミングと同期して、レーザ光３３を点滅さ
せながら出力すると共に、レーザ光３３をＣＣＤカメラ
１１の露光時間内に走査する（走査工程）。すなわち、
このレーザ光３３の点滅及び走査により、スリット光３
３’を測定対象物に投影する。

【００１７】このとき、スリット光３３’が照射された
測定対象物を撮像する（撮像工程）。この撮像工程で撮
像されたスリット光投影画像に基づいて、当該測定対象
物の空間コード化画像を生成すると共に三次元形状を算
出する（画像処理工程）。

【００１８】また、本実施形態では、レーザドライバ４
２が、画像処理工程の終了後に、レーザ光源３１の点滅
周期を予め定められた複数の空間コード化パターン３４
に基づいて変化させる（点滅周期変化工程）。そして、
スリット光照射工程から画像処理工程までを、予め定め
られた複数の空間コード化パターン３４の投影が終了す
るまで繰り返す。これにより、極めて短時間で時系列空
間コード化法に必要な空間コード化座標を得ることがで
きる。

【００１９】本実施形態では、フィールド蓄積モードで
動作するＣＣＤカメラ１１を用いている。また、レーザ
ドライバ４２は、ＣＣＤカメラ１１から出力されるフィ
ールド識別信号１４に同期してレーザ光３３の点滅時間
を制御する点滅時間制御機能を備えている。

【００２０】また、レーザ光３３を偏向しスクリーン３
５にスリット光３３’を投影するミラー２２と、ミラー
２２を駆動するガルバノスキャナ２１とから、走査手段
が構成されている。このように、本実施形態は、半導体
レーザ、ミラー、ＣＣＤカメラ、画像処理プロセッサ等
の一般的な部品を用いて、しかも高速な三次元計測を可
能にするものである。

【００２１】さらに、本実施形態では、ＣＣＤカメラ１
１が、一方及び他方の２つのフィールドを有すると共
に、当該一方のフィールドでパターン露光を行う露光制
御機能を備えている。そして、画像処理プロセッサ５１
が、ＣＣＤカメラ１１の一方のフィールドで露光した画
像データをＣＣＤカメラ１１が他方のフィールドを走査
する間に空間コード化画像へ変換する変換制御機能を備
えている。

【００２２】そして、走査手段が、ＣＣＤカメラ１１の
フィールド識別信号１４に同期して一方のフィールドの
露光中に動作する同期機能を備えている。この変換制御
機能及び同期機能により、ＣＣＤカメラ１１の１フレー
ムの半分の大きさの空間コード化画像をＣＣＤカメラ１
１の実時間で生成することが可能となる。

【００２３】

【実施例】ＣＣＤカメラ１１は、内部同期型のインター
ライン型ＣＣＤカメラで、内部に同期信号発生回路を有
し、外部にフィールド識別信号１４を出力できる構造の
ものである（例えば、SONY XC-75等）。走査方式は、各
フィールドの露光時間が１／６０秒となるようにフィー
ルド蓄積のインターレースモードで駆動する。

【００２４】ＣＣＤカメラ１１の映像信号は、複合ビデ
オ信号として画像処理プロセッサ５１に入力される。画
像処理プロセッサ５１では、この複合ビデオ信号を５１
２×４８０画素、８ビット輝度信号にデジタル化する。
このデジタル信号は、パーソナルコンピュータ６１に取
り込まれる。パーソナルコンピュータ６１は画像モニタ
６２を有し、デジタイズされた映像は画像モニタ６２に
表示する。

【００２５】カメラのレンズの先端には、レーザ光のみ
を透過するバンドパスフィルタ１２が設けられ、外乱光
を排除している。画像処理プロセッサ５１は、二値化、
画像間論理演算などの画像処理が実時間で実行できる汎
用タイプのものを用いている（例えば、SHARP GPB-J
等）。

【００２６】半導体レーザ光源３１は、例えば、波長６
３０ｎｍ，１５ｍＷの可視光を発生する外部パルス同期
型の点滅駆動タイプのもので、外部からの矩形波信号に
正確に同期して点滅する。このレーザ光は、先端の変換
レンズ３２により、均一な照度分布を持ったスリット光
３３’としてのレーザ光３３に変換される。スリット光
３３’は、ガルバノスキャナ２１のミラー２２によって
偏向され、スクリーン３５に走査投影される。

【００２７】ガルバノスキャナ２１は、フィールド識別
信号１４に同期した三角波発生器４３からの駆動信号に
より、スキャナドライバ４１によって揺動運動を行う。
また、同様にフィールド識別信号１４に同期した時系列
空間コード化パターン発生器４４からの時系列信号は、
レーザドライバ４２によりスリット光３３’を点滅させ
る。

【００２８】本発明による実施例の動作原理は、ＣＣＤ
カメラ１１がシャッタを開けている間、光を蓄積するこ
とに基づく。各信号のタイミングチャートを図２に示
す。すべての信号は、ＣＣＤカメラ１１のフィールド識
別信号１４に同期して変化する。動作は次のようにな
る。

【００２９】図２に示す例では、ＥＶＥＮフィールドの
始まりでミラー２２は左端に位置している。ＣＣＤカメ
ラ１１は、フィールド識別信号１４のエッジに同期して
電子シャッタを開き、次の１／６０秒間露光を行う。そ
の間にミラー２２は左端から右端に移動し、レーザ光３
３は空間コード化パターン信号１６により点滅する。

【００３０】結果として次のタイミングで出力される映
像は、空間的にコード化パターンを投影した画像を撮像
したものと同じ画像が得られる。次の１／６０秒の間に
画像を二値化処理し、ビットプレーンに挿入する。この
画像処理を行っている間にミラー２２は左端に戻り、次
の空間コード化パターンの指令をＩ／Ｏカード５２から
与えて撮像が始まる。

【００３１】このプロセスを利用して９ビットの空間コ
ード画像を作成するフローを図３に示す。この例では、
コード化誤りを最小にするグレイコードパターンと、二
値化精度向上のために相補パターン投影法を用いてお
り、１８種類のパターンを投影している。

【００３２】図４は、空間コードパターンに９ｂｉｔの
グレイコードパターンを用いて、順に投影した画像の例
を示す説明図である。ここでは、CODE0 〜CODE8 までの
パターンを用いているため、図３に示す処理では、ｉ＝
０〜ｉ＝８まで撮像を繰り返している（ステップＳ
２）。まず、ｉビット目のグレイコードポジパターンを
投影し（ステップＳ３）、ＣＣＤカメラでこれを撮像す
る（ステップＳ４）。このステップＳ４で撮像した画像
をＭ１とする。このフロー中の記号Ｍｉは、画像処理プ
ロセッサ内のフレームメモリの番号を表している。

【００３３】さらに、背景のノイズを除去するため、同
一ビットのネガパターンを投影し（ステップＳ５）、こ
れを撮像する（ステップＳ６）。このステップＳ６で撮
像する画像をＭ２とする。

【００３４】次いで、Ｍ１とＭ２の画像の濃淡の差の絶
対値を算出し、この差画像を二値化し（ステップＳ
８）、この二値画像をＭ３とする。さらに、２ⁱのビッ
トプレーンを作成し、これを新たにＭ２とする（ステッ
プＳ８）。次いで、Ｍ２とＭ３とから、ビットプレーン
画像を生成し（ステップＳ９）、このビットプレーン画
像に前回の測定結果を挿入する（ステップＳ１０）。こ
れを繰り返すことで（ステップＳ１１）、空間コード化
画像を得ることができる。さらに、このようにして得ら
れたコード化画像は、三角測量の原理で簡単に三次元座
標に変換することができる。

【００３５】ただし、９ｂｉｔ目のグレイコードパター
ンは、８ｂｉｔ目のグレイコードパターンを最小分解能
の半ピッチだけずらしたものである。

【００３６】図５（Ａ）は斜方１２面体の表面を連続走
査したテクスチャ画像を示す図で、図５（Ｂ）は最終的
に得られた空間コード化画像をそれぞれ示している（明
るさがコード値に対応）。図６は図５のコード化画像を
三次元座標に変換した鳥瞰図の例であり、正しく座標が
計測されていることがわかる。

【００３７】上述したように本実施例によると、従来の
液晶マスクやハロゲンランプ、また投影光学系を用いた
ものに比べ、投光部を小型・計量に構成でき、発熱量も
ほとんどない。しかも、ハロゲンランプ、レンズからな
る光学系で構成された二次元の照明系と異なり、均一な
光度分布を持ったスリット光を一次元走査するので、空
間的に偏りのない一様な照明を行うことができる。

【００３８】また、機械式スリット、あるいは液晶シャ
ッタなどと異なり、パターンの切換時に応答の遅れがな
く、通常のＮＴＳＣ規格のカメラでは１／３０秒単位の
連続した高速取り込みが可能となる。さらに、レーザ光
を点滅させずに連続点灯して画像を取り込むと、均一な
光度で照明された通常の明暗画像（テクスチャ）を得る
ことができる。

【００３９】そして、一方のフィールドのみを用いて撮
像するため、連続した画像の取り込みの合間に空間コー
ド化画像を得られることができ、このため、特別な並列
処理を行うハードウエアを構築しなくても実時間処理が
でき、実際に、８ビットでコード化するには最高０．３
秒で終了する。

【００４０】図７及び図８は図１における三角波発生器
４３の一例を示し、図７は機能ブロック図、図８は回路
図である。以下、図１、図７及び図８に基づき説明す
る。

【００４１】ＣＣＤカメラ１１は、インタレース走査時
において、映像の第一フィールドと第二フィールドとの
識別のために、フィールド識別信号１４の出力端子を備
えている。フィールド識別信号１４は約３０Ｈｚの矩形
波である。三角波発生器４３は、オペアンプを中心に構
成された反転型の積分回路４３３を備え、フィールド識
別信号１４を積分することにより三角波１５を発生させ
る。

【００４２】すなわち、三角波発生器４３は、フィール
ド識別信号１４の平均値を求める平均値回路４３１と、
平均値回路４３１で求められた平均値をグラウンドレベ
ルとしてフィールド識別信号１４の電圧レベルを変換す
るレベル変換回路４３２と、フィールド識別信号１４を
レベル変換回路４３２を介して積分することにより三角
波を発生させる積分回路４３３と、積分回路４３３から
出力された三角波の平均値を求めて積分回路４３３へ帰
還させることにより、この平均値を三角波のグラウンド
レベルとする平均値回路４３４と、積分回路４３３から
出力された三角波に対してオフセット及びゲインの調整
を行うオフセット・ゲイン調整回路４３５と、積分回路
４３３からオフセット・ゲイン調整回路４３５を介して
出力された三角波に基づき差動出力をなす三角波１５を
得るバッファ回路４３６及び反転バッファ回路４３７と
を備えている。差動出力をなす三角波１５を得るのは、
スキャナドライバ４１への入力信号が±１０Ｖの差動入
力となっているためである。

【００４３】平均値回路４３１はオペアンプＩＣ２，Ｉ
Ｃ３等、レベル変換回路４３２はオペアンプＩＣ１等、
積分回路４３３はオペアンプＩＣ４等、平均値回路４３
４はオペアンプＩＣ５等、オフセット・ゲイン調整回路
４３５はオペアンプＩＣ６，ＩＣ７等、バッファ回路４
３６はオペアンプＩＣ８等、反転バッファ回路４３７は
オペアンプＩＣ９等によってそれぞれ構成されている。

【００４４】三角波発生器４３によれば、フィールド識
別信号１４に同期した三角波１５の生成に、オペアンプ
ＩＣ４等からなる積分回路４３３を使用することによ
り、回路の簡素化を図ることができる。また、オフセッ
ト・ゲイン調整回路４３５を用いてゲイン（増幅率）を
調整することにより、三角波１５の波高値を変化させ
て、ガルバノスキャナ２１の走査幅を変更できる。すな
わち、ガルバノスキャナ２１の走査幅を大きくすること
により測定対象物の全体を計測でき、ガルバノスキャナ
２１の走査幅を小さくすることにより測定対象物の一部
をより細かく測定できる。さらに、オフセット・ゲイン
調整回路４３５を用いてオフセットを調整することによ
り、ガルバノスキャナ２１の走査始点を任意に変更でき
る。

【００４５】図９は、図１における時系列空間コード化
パターン発生器４４の一例を示す機能ブロック図であ
る。図１０は、主要なシリアル数値信号を示すタイムチ
ャートである。以下、図１、図９及び図１０に基づき説
明する。

【００４６】時系列空間コード化パターン発生器４４
は、フィールド識別信号１４に同期させてフィールド識
別信号１４を逓倍化した周波数の信号を出力する周波数
逓倍回路としてのＰＬＬ４４１と、ＰＬＬ４４１の出力
信号Ａを計数しつつ当該計数の結果である各桁毎のシリ
アル数値信号ｃ₁〜ｃ₈を出力するとともに、最小桁の
シリアル数値信号ｃ₁を四分の一周期Ｔ／４だけずらし
たシリアル数値信号ｃ₀も出力する２進カウンタ部４４
０と、２進カウンタ部４４０から出力された各シリアル
数値信号ｃ₀〜ｃ₈のいずれかを選択して空間コード化
パターン信号１６として出力するマルチプレクサ４４４
〜４４６とを備えている。２進カウンタ部４４０は、Ｐ
ＬＬ４４１の出力信号Ａを計数しつつ当該計数の結果で
ある各桁毎のシリアル数値信号ａ₁〜ａ₈を出力する２
進カウンタとしての８ビット２進カウンタ４４２と、８
ビット２進カウンタ４４２から出力された各桁毎のシリ
アル数値信号ａ₁〜ａ₈を反転するインバータ４４２１
〜４４２８と、インバータ４４２１〜４４２８で反転さ
れた各桁毎のシリアル数値信号ｂ₁〜ｂ₈を分周するフ
リップフロップ４４３１〜４４３８と、８ビット２進カ
ウンタ４４２から出力された最小桁のシリアル数値信号
ａ₁を分周するフリップフロップ４４３０とを備えてい
る。

【００４７】フリップフロップ４４３０〜４４３８は、
例えばＪＫフリップフロップであり、シリアル数値信号
ａ₀，ｂ₁〜ｂ₈の立ち上がりで動作する。フリップフ
ロップ４４３０は、シリアル数値信号ａ₀を入力して、
これを二分の一の周波数に分周したシリアル数値信号ｃ
₀を出力する。フリップフロップ４４３１は、シリアル
数値信号ａ₀が反転したシリアル数値信号ｂ₁を入力し
て、これを二分の一の周波数に分周したシリアル数値信
号ｃ₁を出力する。したがって、シリアル数値信号ｃ₀
は、シリアル数値信号ｃ₁と同じ周波数で、位相が１／
４周期（Ｔ／４）だけ遅れた信号となる。

【００４８】レーザドライバ４２によりスリット光３
３’を点滅させるための時系列信号は、ミラー２２の動
きに同期する必要がある。本実施例では、すべての信号
がフィールド識別信号１４に同期して変化しているの
で、空間コード化パターン３４もフィールド識別信号１
４に同期させる必要がある。本実施例では、空間コード
化パターン３４として、８ビットのグレイコードパター
ンを使用する。ｎ本のスリットパターンを得るために、
フィールド識別信号１４を２×ｎ逓倍した信号よりグレ
イコードパターンを作成する。ＰＬＬ４４１を用いて、
フィールド識別信号１４に同期させるとともに、フィー
ルド識別信号１４を５１２逓倍した周波数の出力信号Ａ
を得る。ＰＬＬ４４１の出力信号Ａを８ビット２進カウ
ンタ４４２によってカウントし、８ビット２進カウンタ
４４２の各ビットのシリアル数値信号ａ₁〜ａ₈をフリ
ップフロップ４４３０〜４４３８を用いて分周し、グレ
イコードを得る。フリップフロップ４４３０〜４４３８
の正・負出力は、各グレイコードパターンの正・反転と
なり、マルチプレクサ４４４によってパターンの選択を
行う。次段のマルチプレクサ４４５によって、ミラー２
２の走査時のみパターン出力を行うか、帰線時もパター
ンの出力を行うかの選択を行う。最終段のマルチプレク
サ４４６によって、パターン出力とテクスチャ画像を得
るための連続点灯又は測定時以外のときに出力停止の選
択を行っている。

【００４９】一般に、ＰＬＬを用いた周波数シンセサイ
ザ等では、プログラムカウンタを使用して周波数の変更
を行っている。しかし、ＰＬＬは、動作原理上、入力・
出力の同期をとるための時間がかかり、その時間内では
出力が不安定となる。そのため、出力周波数の切り換え
をプログラムカウンタを用いて行うと、切換えの度に同
期をとるので、高速に切り換えることは難しい。そこ
で、各ビットの出力がパラレル出力となっているカウン
タを使用することにより、ＰＬＬ出力を常に一定の周波
数としている。そして、カウンタの各ビットの出力によ
りグレイコードパターン信号を作成し、マルチプレクサ
によってパターンの切り換えを行う。これにより、パタ
ーンの切り換え時にもＰＬＬは安定した動作をすること
になり、パターンの切り換えを高速に行うことが可能と
なる。切り換え時間は、そのままマルチプレクサの切り
換え時間であり、７４シリーズＩＣ４０５１では最大で
７２０ｎ秒である。

【００５０】なお、以上の実施形態及び実施例は、いう
までもなく一例にすぎず、本発明を限定するものではな
い。例えば、各ブロック間又は各回路間にレベルシフト
回路を設けることにより、入出力の電圧レベルを一致さ
せるようにしてもよい。

【００５１】

【発明の効果】本発明は以上のように構成され機能する
ので、これによると、レーザ光源が、撮像タイミングと
同期してレーザ光を点滅させながら出力し、走査手段
が、このレーザ光を撮像手段の露光時間内に走査するた
め、撮像手段は、露光時間内にレーザ光の点滅の走査に
より生じたスリット投影画像を良好に撮像することがで
き、さらに、レーザ駆動制御部が、空間コード化パター
ン信号に基づいて、レーザの点滅周期を変化させるた
め、スリットの幅を順次変化させる空間コード化パター
ンに応じた複数種類のスリット光を露光時間を単位とし
て順次投影することができ、従って、撮像手段の１回の
露光時間内に１つのパターンの投影による対象物を撮像
でき、従って、機械的なシャッタと比較して、極めて高
速に三次元形状計測のための画像を得ることができ、さ
らに、ハロゲンランプ等の照明ではなく、レーザ光によ
るため、照度分布を均一にしたスリット光による画像を
得ることができるため、従来例と比較して精度良く三次
元形状の計測をすることができる従来にない優れた三次
元形状計測装置を提供することができる。

【００５２】また、最小分解能の半ピッチだけずらした
空間コード化パターン信号を発生させるという、電気的
手段によって測定精度を向上させているので、半ピッチ
分を正確かつ高速にずらすことができるとともに、装置
全体の小型化を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】図１に示すＣＣＤカメラのフィールド識別信号
に同期した各信号の例を示すタイミングチャートであ
る。

【図３】図１に示す構成での空間コード化画像を求める
動作を示すフローチャートである。

【図４】図１に示す構成での８ビットグレイコードパタ
ーン投影画像の例を示す説明図であり、図４（Ａ）〜
（Ｈ）はそれぞれCODE0 〜CODE8 のパターンが投影され
た画像を示す図である。

【図５】図５（Ａ）は斜方１２面体のテクスチャ画像の
例を示す説明図であり、図５（Ｂ）はその空間コード画
像の一例を示す図である。

【図６】図３に示す動作により入力された三次元形状の
表示例を示す説明図である。

【図７】図１における三角波発生器の一例を示す機能ブ
ロック図である。

【図８】図１における三角波発生器の一例を示す回路図
である。

【図９】図１における時系列空間コード化パターン発生
器の一例を示す機能ブロック図である。

【図１０】図９の時系列空間コード化パターン発生器に
おける主なシリアル数値信号を示すタイムチャートであ
り、図１０〔１〕がシリアル数値信号ａ₁、図１０
〔２〕がシリアル数値信号ｂ₁、図１０〔３〕がシリア
ル数値信号ｃ₀、図１０〔４〕がシリアル数値信号
ｃ₁、図１０〔５〕がシリアル数値信号ｃ₂である。

【図１１】従来の時系列空間コード化法による三次元形
状の計測例を示す説明図であり、図１１（Ａ）は側面
図、図１１（Ｂ）は平面図、図１１（Ｃ）はマスクパタ
ーンの例を示す図である。

【図１２】スリット画像を用いて三次元形状を測定する
従来例を示す説明図であり、図１２（Ａ）〜（Ｃ）は第
１から第Ｎのスリット画像の例を示す図で、図１２
（Ｄ）はこれらから得られるスリット画像の例を示す図
である。

【符号の説明】

１スリット光照射手段１１ＣＣＤカメラ１２バンドパスフィルタ１３複合ビデオ信号１４フィールド識別信号１５三角波１６空間コード化パターン信号２１ガルバノスキャナ２２ミラー３１レーザ光源３２スリット光交換レンズ３３レーザ光３３’ スリット光３４空間コード化パターン３５スクリーン４１スキャナドライバ４２レーザドライバ４３三角波発生器４４時系列空間コード化パターン発生器４４０２進カウンタ部４４１ＰＬＬ（周波数逓倍回路）４４２８ビット２進カウンタ（２進カウンタ）４４２１〜４４２８インバータ４４３０〜４４３８フリップフロップ４４４〜４４６マルチプレクサ５１画像処理プロセッサ５２Ｉ／Ｏカード５３パターン選定信号６１パーソナルコンピュータ６２映像モニタＡＰＬＬの出力信号ａ₁〜ａ₈，ｂ₁〜ｂ₈，ｃ₀〜ｃ₈ シリアル数値信
号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スリットの幅を順次変化させる空間コー
ド化パターン信号に基づいて複数のスリット光を照射す
るスリット光照射手段と、このスリット光照射手段によ
ってスリット光が照射された測定対象物を撮像する撮像
手段と、この撮像手段で撮像されたスリット光投影画像
に基づいて空間コード化画像を生成すると共に当該空間
コード化画像に基づいて測定対象物の座標を算出する画
像処理手段とを備えた三次元形状計測装置において、前記スリット光照射手段は、前記撮像手段から出力され
るフィールド識別信号に同期させて前記空間コード化パ
ターン信号を発生させるとともに、最小分解能の半ピッ
チだけずらした前記空間コード化パターン信号を発生さ
せ、これらの空間コード化パターン信号に従って前記スリッ
ト光を点滅させながら測定対象物上で走査する、ことを特徴とする三次元形状計測装置。
【請求項２】スリットの幅を順次変化させる空間コー
ド化パターン信号に基づいて複数のスリット光を照射す
るスリット光照射手段と、このスリット光照射手段によ
ってスリット光が照射された測定対象物を撮像する撮像
手段と、この撮像手段で撮像されたスリット光投影画像
に基づいて空間コード化画像を生成すると共に当該空間
コード化画像に基づいて測定対象物の座標を算出する画
像処理手段とを備えた三次元形状計測装置において、前記スリット光照射手段は、レーザ光を点滅させながら
出力するレーザ光源と、前記撮像手段から出力されるフ
ィールド識別信号に同期させて前記空間コード化パター
ン信号を発生させる時系列空間コード化パターン発生器
と、この時系列空間コード化パターン発生器から発生し
た空間コード化パターン信号に基づいて前記レーザ光源
の点滅周期を変化させるレーザドライバと、前記レーザ
光源からのレーザ光を前記測定対象物へ向けて反射する
ミラーと、このミラーを回動することにより前記レーザ
光を前記測定対象物上で走査するガルバノスキャナと、
このガルバノスキャナを駆動するための三角波を前記撮
像手段から出力されるフィールド識別信号に同期させて
発生させる三角波発生器と、この三角波発生器で発生し
た三角波を前記ガルバノスキャナへ出力するスキャナド
ライバとを備え、前記時系列空間コード化パターン発生器は、最小分解能
の半ピッチだけずらした前記空間コード化パターン信号
を発生させる機能を併せ持つ、ことを特徴とする三次元形状計測装置。
【請求項３】前記時系列空間コード化パターン発生器
は、前記フィールド識別信号に同期させて当該フィールド識
別信号を逓倍化した周波数の信号を出力する周波数逓倍
回路と、この周波数逓倍器の出力信号を計数しつつ当該計数の結
果である各桁毎のシリアル数値信号を出力するととも
に、最小桁のシリアル数値信号を四分の一周期だけずら
したシリアル数値信号も出力する２進カウンタ部と、この２進カウンタ部から出力された各シリアル数値信号
のいずれかを選択して空間コード化パターン信号として
出力するマルチプレクサと、を備えた請求項２記載の三次元形状計測装置。
【請求項４】前記２進カウンタ部は、前記周波数逓倍器の出力信号を計数しつつ当該計数の結
果である各桁毎のシリアル数値信号を出力する２進カウ
ンタと、この２進カウンタから出力された各桁毎のシリ
アル数値信号を反転するインバータと、これらのインバ
ータで反転された各桁毎のシリアル数値信号を分周する
フリップフロップと、前記２進カウンタから出力された
最小桁のシリアル数値信号を分周するフリップフロップ
とを備えた、請求項３記載の三次元形状計測装置。